הבעיה הכי מעצבנת בשירותי גברים נפתרה עם קצת מדע

בוקר אחד באוניברסיטת ווטרלו בקנדה שינה את פני המשתנות כפי שאנו מכירים אותן; אחרי יותר ממאה שנים של עצבים, צוות מהנדסים מהאוניברסיטה, יחד עם שותפים מאוניברסיטת וובר סטייט ביוטה, הצליח סוף סוף לפתור את אחת הבעיות האקוטיות בשירותים ציבוריים – תופעת ההתזה במשתנות.

המדענים הוכיחו – ואשכרה פרסמו החודש את המסקנות כמחקר בכתב העת PNAS Nexus – כיצד שינויים פשוטים יחסית בגיאומטריה של משתנות יכולים להפחית דרמטית את ההתזה, לשפר את ההיגיינה ולחסוך מיליוני ליטרים של מים לניקוי מדי יום.

הבעיה שלא דיברו עליה

המשתנה לא השתנתה באופן משמעותי מאז שמרסל דושאן הציג אותה ביצירת האמנות הפרובוקטיבית שלו "המזרקה" ב-1917. הקיבעון בעיצוב הנציח בעיה מטרידה: טיפות מיקרוסקופיות המותזות מעבר למתקן אל הרצפות, הקירות, ולעתים אף על המשתמשים עצמם.

עם כ-56 מיליון משתנות ציבוריות בארה"ב בלבד, החוקרים מעריכים שיותר מ-350,000 ליטרים של שתן ניתזים על רצפות מדי יום. הטיפות הללו הופכות למוקדי התרבות של חיידקים, ותורמות לריחות הלא נעימים האופייניים של שירותים שאינם מתוחזקים כראוי. ניקוין דורש כימיקלים, מים ועבודה. מערכת הרכבת התחתית של טורונטו, למשל, מוציאה יותר מ-122,000 דולר (קנדי) בשנה לכל חדר שירותים על עלויות ניקוי בלבד.

פריצת דרך פיזיקלית: שאלה של זווית

ד"ר ז'או פאן ועמיתיו נקטו בגישה חדשה על ידי בחינת הסיבה להיווצרות ההתזה. הם גילו שהגורם המרכזי היה "זווית הפגיעה" – הזווית בה זרם הנוזל פוגע במשטח המשתנה. באמצעות מודלים מתמטיים וניסויים מבוקרים, החוקרים גילו שכאשר זרם פוגע במשטח בזווית הנמוכה מכ-30 מעלות, ההתזה יורדת דרמטית – בכ-95% - בהשוואה לפגיעה אנכית.

עיקרון זה קיים גם בטבע: כאשר כלבים משתינים על משטחים אנכיים, הם באופן טבעי יוצרים זווית רדודה שממזערת התזה על פרוותם – תופעת לוואי של התנהגות סימון טריטוריאלי.

לאחר זיהוי הזווית הקריטית, הצוות השתמש במשוואות מתמטיות לעיצוב משטחי משתנה שיבטיחו שכל הפגיעות יתרחשו בזווית של 30 מעלות או פחות, ללא קשר לגובה המשתמש או לכיוון. שני עיצובים מובחנים צמחו מעבודה זו: ה"קורנוקופיה" וה"נאוטילוס".

השפעה מעשית

כדי לבחון את העיצובים שלהם, החוקרים בנו אבות-טיפוס והשוו אותם לרפליקה של "המזרקה" של דושאן ולדגם מסחרי מודרני. באמצעות מתקן מותאם שדימה השתנה אנושית, הם מדדו התזה בתנאים שונים.

התוצאות היו מרשימות: בעוד שעיצובים קונבנציונליים יצרו התזה שהגיעה עד למרחק של מטר, העיצובים החדשים כמעט ולא יצרו התזה נראית לעין. מדידות אישרו שבתנאי התזה גבוהים, עיצוב הנאוטילוס הפחית את ההתזה ב-85-95% בהשוואה למשתנות מסחריות.

מעבר לביטול ההתזה, עיצוב הנאוטילוס מציע יתרונות מעשיים: הפרופיל הנמוך יחסית שלו מאפשר נגישות למשתמשים בכל הגבהים, כולל ילדים ומשתמשי כיסאות גלגלים – פתרון לבעיה נפוצה נוספת במשתנות קונבנציונליות, הדורשות פשרות לא נוחות בגובה ההתקנה.

השפעת אימוץ נרחב של העיצובים החדשים עשויה להיות משמעותית; אם עיצובים אלה יחליפו משתנות קיימות בארה"ב בלבד, כמיליון ליטרים של שתן יפסיקו להינתז על רצפות מדי יום. בהנחה שפי עשרה מנפח זה של מים משמשים כיום לניקוי, הדבר עשוי לחסוך עד עשרה מיליון ליטרים של מים מדי יום.

מה שהופך את הפתרון למיוחד הוא הפשטות שלו: הביצועים המשופרים מגיעים אך ורק משינוי צורת הגיאומטריה של המשתנה, ללא צורך בחומרים יקרים או מערכות מורכבות. ניתן לייצר את העיצובים באמצעות חרסינה רגילה וטכניקות סטנדרטיות, מה שהופך אימוץ מיידי נרחב לאפשרות בהחלט סבירה.

כמו הכלבים המצליחים להימנע מהתזה עצמית, כעת גם בני האדם יוכלו ליהנות מאותם עקרונות פיזיקליים, באמצעות עיצוב מכוון, ולא מקריות אבולוציונית. החל מבריאות הציבור ועד לקיימות ונגישות, המשתנה המחודשת מראה כיצד המדע יכול לפתור בעיות יומיומיות שהטרידו אותנו במשך שנים.